油田能源管控建设实践

蒋维东 （大庆油田庆新油田开发有限责任公司）

油田开发工艺中，采出液举升，流体增压、升温，采出液分离处理，以及生产、生活、办公照明、采暖、通风等，均需要消耗大量能源，能源消耗品类主要有：电力、天然气、原煤。出于安全、平稳生产的需要，按照常规节能管理模式，节能挖潜难度较大。A 油田根据地面建设及生产经营现状，引入能源管控先进管理理念，发挥数字油田、智能油田优势，配套组织机构变革，达到了“优化级”能源管控水平，并在部分生产系统逐步推向“智能级”[1-2]。

1 现状及存在的问题

1.1 现状

以A 油田为例，该油田为大庆外围中-低渗透油田，油层发育较差，单井日产液较低，油井井距250 m 左右。原油集输采用单管环状掺水集油工艺，注水采用分散注水工艺，采油工艺主要为抽油机举升，在生产过程中存在能耗设备功率小、数量多，用能节点多、分布散，气候环境恶劣等特点。

1.2 存在的问题

长期以来，A 油田受地层发育以及地理环境的限制，加之该油田用工规模小等原因，员工劳动强度大，生产精细化管理水平难以提高，能耗增长也很难得到有效控制，单位液量生产综合能耗居高不下。

由于国际油价长期低迷、震荡，生产经营形势不容乐观，加之国家“双碳”战略的提出，亟需依靠技术、管理创新，深入挖掘节能潜力，控制生产经营成本、以及减少碳排放量，达到节能减排降本增效的目的。

2 能源管控建设的主要做法

A 油田按照能源管控企业标准《Q/SY 09004.1—2018 能源管控第1 部分：管理指南》《Q/SY 09004.1—2019 能源管控第2 部分：评估指南》要求，在整装数字化油田的基础上，研发了能源管控平台，配套以组织机构变革，实现了能源高效、专业化的管理，取得了良好的节能效果及管理效益[3-4]。

2.1 依托整装数字油田

A 油田经过十余年探索实践，历经数字化建设和智能化提升两个阶段，信息流、数据流得到有效整合和挖掘，实现了人机交互管理向智能辅助决策指挥的转变，初步形成了智能油田管理模式，搭建了涵盖数据采集、数据管理、数据应用的完整架构，为能源管控的实现奠定了基础。

在数据采集方面，依托完整的物联网建设、稳定的通信传输及高效的采集驱动技术，95%以上的生产数据实现了自动化采集；同时对未实现自动化采集的数据，系统自动生成数据采集指令，一次录入，全员共享。

在数据管理方面，A 油田分别建立了实时数据库以及应用数据库，其中实时数据库用于管理井、间、站等生产单元自动采集的海量实时数据，应用数据库用以管理统建库回迁数据、各应用系统二次计算以及人工录入产生的各类数据，并研发了数据质量管理系统，制定了数据质检流程，用于数据集中管理，实现了数据标准统一、存储统一，达到互联共享[5-7]。

在数据应用方面，A 油田开发了大量的应用管理系统。在采油井管理方面，通过单井运行管理系统以及机采措施智能管理系统，可以实现对油井电参、力参的实时监控，自动推送油井停井、皮带断等多类故障报警信息，并通过手机APP 完成指令下达、落实反馈、追踪维护全流程业务；通过实时监测功图、电参、力参等数据，实现了工况、结蜡、平衡预警，方案推送。利用远程启停模块，结合井场视频监控，设定间抽启停机制度，实现自动间抽。在集输管理方面，可以通过各站管理系统及集油间监控系统，对井、间、站集输管线运行状态及站控关键节点的智能监控及自动操作，实现故障隐患报警，掺水流量、外输流量、反洗流量、回收流量、环掺水量、加热炉进气量关键节点的远程控制及联锁控制，确保了站间集输管理的安全高效运行。在注水管理方面，可以通过来水压力、油压、泵压、水量异常报警，实现对注配间及注水泵实时监控、单井注水量远程智能调控等。

2.2 开发能源管控平台

A 油田为实现能耗专业化管理，对智能化油田多个应用系统能耗控制相关功能进行了资源整合，开发具备能耗指标管理、能耗目标监控等功能，集机采、集输、注水系统能耗优化功能于一体的能源管控平台，形成了从“能耗预警、自动分析、措施推送、效果评价”的闭环管理模式。能源管控平台功能结构见图1。

图1 能源管控平台功能结构Fig.1 Functional structure of energy control platform

2.2.1 能耗指标管理

1）在指标制定方面，能源管控平台可以依据历史数据，结合当年开发计划、“双控”指标，制定当年年度能耗考核及奖励指标，再劈分至各用能部门，分解至各月度，最终实现将年度能耗考核指标分解为各部门月度能耗考核指标，实现指标精细化管理。

2）在指标运行方面，平台以数字化油田完善的数据采集及管理系统为依托，月度自动生成各部门月度能耗指标完成情况，依据公司节能相关管理制度，自动生产指标考核审批单，实现节能指标考核一键完成。

3）在对标分析方面，系统按管理层级，可对公司指标、采油区指标、集油配注间指标进行对比分析；在生产系统上，可对机采系统、集输系统、注水系统指标进行对比分析；按时间跨度，可对年度指标、季度指标、月度指标进行对比分析，指标涵盖能耗总量、用能单耗、生产情况，能耗总量指标如能源消耗总量、耗电量、耗气量等；同时系统预留有数据接口，支持其他部署该管理平台的采油厂，共享能耗数据，进行横向对比。解决了传统年度对标、半年对标周期长、实时性差等问题，通过高效对标为进一步挖掘潜力、精准施策提供了数据支持[8-10]。

2.2.2 能耗目标监控

以能耗为切入点，通过对相关数据的实时采集、远程传输、数据计算、多样化展示，形成了立体化、多维度的能耗监控。按管理职能，可针对生产管理、能源管理以及用能单位，形成针对不同部门的管理监控功能；按生产系统，可针对机采管理、集输管理以及注水管理，形成不同子系统的监控功能；按时间维度，可形成年度、月度、日数据统计报表、图表展示；按能耗情况，可形成能耗总量、系统单耗、效率统计等不同角度的监控页面。能耗监控及数据统计由原来现场抄录、人工统计，转变为目前自动计量、系统计算，大幅提高员工的工作效率，极大地方便了各层级管理技术人员对能耗数据的掌握及分析。

2.2.3 生产能耗优化

能源管控平台通过对能耗数据、生产数据统计分析，自动对不同用能系统、用能单元进行能耗评价、异常报警、归因分析、方案推送、措施执行、效果评价，实现机采、注水、集输系统能耗优化的全流程闭环管理。

1） 在能耗评价方面。系统分别制定了机采井、注配间、集油环能耗评价图版，分别采用机采系统效率、单位压力注水用电单耗、平均单井瞬时掺水量作为评价指标，评价其用能水平，根据评价结果划分为高效区、合理区、潜力区、低效区、待落实区，通过效率评价，辅助技术管理人员宏观掌控机采、注水、集输系统各单元用能效率，为下步治理措施提供方向。

2）在能耗预警方面。平台针对机采、注水系统分别制订了预警规则，采取阈值超限报警。其中机采系统共设置预警参数三个：系统效率、采油用电单耗、日耗电，注水系统采用单位压力注水用电单耗，多个预警参数之间的逻辑关系可自由设定，不同机采井、注配间的预警阈值可以个性化设定，从而可以有效的提升预警准确率，并根据生产单位实际的预警处理能力，控制预警数量，确保预警的有效性。

3）在归因分析方面。平台通过整合其他智能软件分析模型，补充研发部分分析模型的思路，构建出了涵盖机采、注水、集输三大系统的归因分析模型。其中机采归因分析模型，单井日耗电量、采油用电单耗、系统效率实时监测，对能耗异常井自动预警，系统根据数字化自动采集的各项电参、力参以及其他数据，自动从设计因素、设备因素、生产因素和现场因素共4 类因素进行归因分析，发现异常原因，并推送处置方案。 注水系统通过对单位压力注水用电单耗进行监测预警，系统根据注水量、启泵组合、地层压力以及现场因素共4 类因素进行分析，继而推送优化处置方案。集输系统有别于其他两个系统，集输系统通过建立知识图谱，将不同数据源中的结构化、半结构化、非结构化数据，通过实体识别、属性、关系进行知识抽取，然后把这些抽取的知识构建关联进行融合，再通过知识推理，模拟人的思维过程，从一个或多个现有判断中推断出新判断，基于知识图谱，对集输系统实时运行状况进行分析、诊断，主动推送优化方案，知识图谱技术路线见图2。

图2 知识图谱技术路线Fig.2 Technical route of knowledge map

4）在措施执行方面。平台推送的优化方案主要有两条实施路径：一是通过平台下达处置指令至手机APP，现场操作人员按照下达的指令，执行处置措施并反馈处置结果；二是平台直接与现场自控设备关联控制，现场自控设备通过通信接口，按照推送方案给定的参数，自动调节。目前可以实现自动控制的有注水量自动调节、掺水量自动调节、抽油机冲次自动调节、间抽自动实施，正在推进实现的有平衡自动调节、机采井药剂自动投放，从而实现了部分领域的能耗智能化管控。

5） 在效果评价方面。平台根据措施执行反馈，自动对比措施前后的能耗数据、生产参数变化，自动对措施油井、集油环进行效果统计，并形成日度、月度、年度评价分析报表，为技术分析人员、现场操作人员提供效果数据，方便管理人员及时总结措施经验，同时也可及时发现无效措施，促进节能措施处理形成高效、实用的良性循环，推动系统模型进一步升级。

2.3 优化组织管理结构

A 油田的能源管控建设是数字化油田、智能化油田建设的重要组成部分，因此为打通生产能耗优化流程以及油田其他生产优化流程，A 油田对组织机构进行了较为彻底的改革。按照“主营业务归核化、关联业务一体化、综合业务共享化、管控模式信息化”思路，优化调整组织结构。按照新型采油气管理区建设模式，实施采油厂、班组的两级管控，充分利用智能化油田的技术优势，实施扁平化管理，直接向专业化班组下达相关指令，指挥开发和生产，确保了各项节能措施的高效执行。

3 应用效果

通过依托数字化、智能化油田优势，实施能源管控，A 油田吨液综合能耗下降6.6 kgce/t，下降19.1%，综合单井用人下降0.26 人，下降37.7%，取得了良好的节能降耗以及经营管理，能源管控应用效果对比见表1。

表1 能源管控应用效果对比Tab.1 Comparison of application effects of energy control

4 结论和建议

通过实践证明，利用数字化、智能化油田技术，实施能源管控，可以大幅提升节能精细管理水平，扩大节能挖掘潜力，尤其是“智能级”能源管控，为油田降本增效、节能降碳、集约管理提供了一种更加高效的技术手段，将是今后节能管理重要的发展方向。同时也应该看到，节能管理涉及到油藏开发、生产管理、企业经营的方方面面，是一项系统工程，要做好能源管控建设，必须从各油田的实际情况出发，不可生搬硬套。基于A 油田能源管控建设实践，有以下三点建议：一是完备且可靠的计量、采集、传输、储存以及操控设备是“智能级”能源管控建设重要前提，必须加大投入力度；二是能源管控软件系统必须清晰功能定位，才能避免和其他生产管理应用软件发生功能重叠乃至冲突；三是节能组织管理体系必须与能源管控建设同步优化，确保相互协调适应。